有线数字电视监测--信道参数与码流

博聚英才汇集精品有线数字电视监测—信道与码流北京市博汇科技有限公司硬件部：王荣芳2010年9月14日BeijingBohuiScience&TechnologyCo.,Ltd.目录一有线数字电视的信道参数及监测1.1信道及信道编码1.2信道参数及其监测二MPEG2-TS流结构及码流监测2.1MPEG2标准的系统部分--复用的基本原理2.2TS流的结构2.3PSI/SI表格信息2.4系统时钟恢复以及视音频同步2.5TS流的码流分析及TR101290三级错误监测BeijingBohuiScience&TechnologyCo.,Ltd.1.1信道及信道编码信道——信号传输的途径数字电视的信道类型：地面开路、卫星、有线（同轴电缆/光缆）信道编码的过程及目的:信号在传输过程中存在噪声和干扰，使得经过传输后的码字与发送的码字之间存在差错。通过在待发送的信息码元中加入一些冗余的码元（称为校验码元），在接收端就可以利用校验码元与信息码元的关系来发现及纠正错误。在待传输信息中按照一定的算法插入校验码元的过程称为信道编码。在接收端按照约定的算法来解析原始数据并完成相应的检错纠错的过程称为信道解码（狭义）。广义的信道编码概念包括了基带信号处理为射频信号的全过程（调制）。信源—信号源，广播电视中的信源一般指节目源。信源编码：是指对原始的视音频信号进行编码，编码的目的是减少对有限的传输带宽的占用。比如模拟的PAL信号，当不进行压缩时，1秒钟的画面所占的bit数是720*576*2*8*25=166Mb，这么大的数据量无论是压缩还是存储都是非常困难的。信源编码的目的就是通过“压缩”来实现在有效的传输带宽或存储资源上处理更多的数据；当需要原始的数据（进行显示）时，只需要将压缩的数据进行解压缩（解码）就可以了。BeijingBohuiScience&TechnologyCo.,Ltd.调制在数字电视系统中，经过信源编码乃至信道编码（狭义）后的二进制码流的频谱特性相当于矩形波，其频率特性可以从直流一直扩展到很高的频率分量。而实际传输信道的带宽都是有限的，即有上、下限截止频率，超过该频率限制的部分是不能进行有效传输的。在传输前，需要对数字信号进行处理，以减少数字信号中的低频分量和高频分量。为了使数字信号满足带通信道的要求，需将数字信号调制在载波上进行传输。调制是某种处理过程，它改变载波波形的某些属性，使它们成为要传送的输入信息的函数。这些可以改变的属性包括载波幅度、频率和相位。数字信号的载波调制有时也被认为是信道编码的一部分。1.1信道及信道编码（续）BeijingBohuiScience&TechnologyCo.,Ltd.不同的传输信道类型，意味着不同的噪声环境、易受干扰程度，比如有线数字电视是采用光纤和同轴电缆进行传输，传输环境最好，因此对容错要求较低，这意味着可以采用较简单的信道编码算法，在调制方式的选择上，也不必过多考虑传输信号是否易受到干扰；而地面数字电视的传输环境最复杂（信号在传输路径上有建筑物等遮挡会造成信号回波反射），对系统的容错性能要求也最高，因此无论是信道编码算法还是调制方式，其复杂度都最高。1.1信道及信道编码（续）BeijingBohuiScience&TechnologyCo.,Ltd.1.1信道及信道编码（续）下图所示为我国有线数字电视（采用DVB_C标准）系统中，信号在进入传输信道前的处理过程：基带物理接口数据随机化(能量扩散)外RS编码外交织QAM映射基带成形QAM调制变频TS基带接口RF输出CADTV(DVB_C)传输方案在调制之前，需要对输入的二进制TS流进行一系列处理（这一过程是在调制器中完成的）：（1）基带接口接收TS流信号，使其成为可以进行软硬件处理的原始TS流的二进制序列。（2）数据随机化对数据流进行随机化处理，使数据序列能量均匀分布。（3）RS编码器使用截短的RS（204，188）编码，对每个已随机化的传送包进行处理，产生误码保护包。RS编码可有效纠正随机型误码带来的影响。BeijingBohuiScience&TechnologyCo.,Ltd.（4）外交织：卷积交织器完成一个深度B=12，宽度M=17（=204/12）的误码保护包的字节交织；交织对突发型误码有较好的抑制能力。基带物理接口数据随机化(能量扩散)外RS编码外交织QAM映射基带成形QAM调制变频TS基带接口RF输出CADTV(DVB_C)传输方案IQBeijingBohuiScience&TechnologyCo.,Ltd.（数字）调制的概念：二进制中的两个bit有4种组合（00，01，10，11），在采用相位调制（PSK，phase-shiftkeying）时可以用正弦波的4个相位表示，称为QPSK调制：BeijingBohuiScience&TechnologyCo.,Ltd.当对两个正交载波对分别进行调幅时，称为正交振幅调制QAM（QuadAmplitudeModulation），下图是分别用4bit符号、5bit符号、6bit符号进行调制时对应的星座图：BeijingBohuiScience&TechnologyCo.,Ltd.（5）QAM映射此单元将交织器产生的字节变换成QAM符号，当采用64QAM调制时，每个符号对应6个bit。符号率的概念：每秒钟的符号数。有线电视中的符号率一般是固定的6875kSym/s,卫星电视中不同频点采用的符号率不同。符号率与数据带宽的关系：有线电视带宽：6875000*6/204*188=38.014705Mb/s（6）基带成形该单元将经过差分编码的m比特符号映射为I，Q信号，并在QAM调制前，对I，Q信号进行升余弦平方根滚降滤波，以满足有线传输环境的带宽要求。（7）QAM调制对信号进行QAM调制，将QAM已调制信号通过中频IF和射频RF送到射频信道。数字电视信号的传输是基于模拟环境下的数字信号的传输，图像数字信号不是在基带中传输而是在射频频段中传输。基带物理接口数据随机化(能量扩散)外RS编码外交织QAM映射基带成形QAM调制变频TS基带接口RF输出CADTV(DVB_C)传输方案IQBeijingBohuiScience&TechnologyCo.,Ltd.有线数字电视中，TS流的信道编码过程（在QAM调制器中完成）：基带物理接口数据随机化(能量扩散)外RS编码外交织QAM映射基带成形QAM调制变频TS基带接口RF输出IQ基带物理接口去随机化RS解码解交织符号解码基带滤波QAM解调调谐器RF输入符号到字节映射IQTS基带接口解调是调制的逆过程下图为有线数字电视接收机解调部分的原理框图：BeijingBohuiScience&TechnologyCo.,Ltd.1.2信道参数及其监测信道参数：标识信道传输质量的状态参数。重要的信道参数有：锁定状态、信号电平、MER/EVM、BER。信道锁定：指载波频率的锁定状态，一般是利用调谐器的锁定状态进行指示。信号电平：俗称“场强”数字频道的电平实际上指的是被测频道的的平均功率。一般是利用调谐过程中输出的AGC电平来估算平均功率值。真正可靠的测量应该通过频谱分析的方法来完成。BeijingBohuiScience&TechnologyCo.,Ltd.MER：调制误差率调制误差率MER是是针对星座图中的符号进行计算的结果，直接从量的角度表征了星座图的发散状态，全面衡量数字调制器的输出质量，可以反映信号的所有类型的损伤，如各种噪声、载波泄漏、幅度不平衡、相位误差、相位噪声等。一般机顶盒的MER门限是24dB，大于30dB才能保证没有马赛克，如果MER大于35dB那么对于画面来说已经没有什么区分了。MER的计算如图所示：1.2信道参数及其监测（续）BeijingBohuiScience&TechnologyCo.,Ltd.推荐阅读：《数字信号的测量及星座图分析.pdf》BeijingBohuiScience&TechnologyCo.,Ltd.EVM：差错矢量幅度EVM等价于MER的定义，它们之间的关系是：对于确定的星座图调制方式，V固定为常数。从公式中可以看出，EVM与MER有着直接的对应关系，MER值越大，EVM值越小，即两者的变化方向相反。2010.1000%MERVEVM）（2010.1000%MERVEVM）（2010.1000%MERVEVM）（1.2信道参数及其监测（续）BeijingBohuiScience&TechnologyCo.,Ltd.误码率（BER）：误码率是发生误码的位数与传输的总位数之比，BER测量结果通常使用工程表示法，并常常显示为一个瞬时比值和一个平均比值。典型的目标值为1E-09，就是没有误码；准无误码BER为2E-04以上，虽有一些误码，但是可以通过校验码把误码纠正回来，保证画面没有马赛克；临界BER为1E-03，BER大于1E-03将丧失服务。MER与BER之间的关系：一般情况下MER的初始值为35dB，BER接近于零（1E-09），即基本上没有误码，随着噪声增大，MER逐渐降低，而BER基本保持不变。如果MER达到26dB时，BER的值一般就在1E-04，MER系统的信号质量降到24dB以下时，BER的值将再E1-02误码很大，校验也无法纠正误码，结果是丧失服务。1.2信道参数及其监测（续）BeijingBohuiScience&TechnologyCo.,Ltd.二MPEG2-TS流结构及码流监测2.1MPEG2标准的系统部分--复用的基本原理2.2TS流的结构2.3PSI/SI表格信息2.4系统时钟恢复以及视音频同步2.5TS流的码流分析及TR101290三级错误监测BeijingBohuiScience&TechnologyCo.,Ltd.2.1MPEG2标准的系统部分--复用的基本原理MPEG-2视频编码器MPEG-2音频编码器原始视频原始音频数据（PSI、SI）复用器解复用器MPEG-2视频解码器MPEG-2音频解码器还原视频还原音频数据（PSI、SI）数字通道编码端解码端时钟&控制时钟&控制1、系统将多个基本流规范成单一数据流的一个复用与解复用流程：单一的TS流BeijingBohuiScience&TechnologyCo.,Ltd.2、在MPEG-2系统中编码端视音频数据实现单一码流的详细过程：视频编码器视频PESPS复用器PS包PS包TS包PS包TS包...PES打包器音频编码器PES打包器音频PESTS复用器TS包节目流（PS）传输流（TS）ESES...第一次打包第二次打包PS流主要用于相对无错的环境下的传输与存储，如DVDTS流主要用于相对有错的环境下的传输与存储，如DVBBeijingBohuiScience&TechnologyCo.,Ltd.ES流（ElementaryStream）由三部分组成：※经MPEG-2视频编码器编码后的图像数据流；※经MPEG-2音频编码器编码后的声音数据流；※其他编码数据流；PES流（PacketizedElementaryStream）：PES流是ES流经过PES打包器处理后形成的数据流，在这个过程中完成了将ES流分组、打包、加入包头信息等操作（对ES流的第一次打包）。PES流的基本单位是PES包。I1P4B2B3视频ES流视频PES流......3、什么是ES流、PES流、PS流以及TS流？I1P4B2B3BeijingBohuiScience&TechnologyCo.,Ltd.PES包视频编码器视频PES流PES包PES包PES包PES打包器音频编码器PES打包器音频PES流PES包PES包PES包头StreamID,TimeStamps,等视频数据,音频数据或者其他数据包头有效载荷区PES包PES包BeijingBohuiScience&TechnologyCo.,Ltd.PS流（ProgramStream）和TS流（TransportStream）：※PS流和TS流是MP